ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ САПР

ЦЕЛЬ СОЗДАНИЯ САПР

Под автоматизацией проектирования понимают си­стематическое применение ЭВМ в процессе проектирова­ния при научно обоснованном распределении функций между проектировщиком и ЭВМ и научно обоснованном выборе методов машинного решения задач.

Цель автоматизации — повысить качество проектиро­вания, снизить материальные затраты на него, сократить сроки проектирования и ликвидировать рост числа ин­женерно-технических работников, занятых проектирова­нием и конструированием.

Научно обоснованное распределение функций между человеком и ЭВМ подразумевает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер, а ЭВМ — задачи, решение которых поддается алгоритмизации.

Существенным отличием автоматизированного проекти­рования от неавтоматизированного является возможность замены дорогостоящего и занимающего много времени физического моделирования — математическим моделиро­ванием. При этом следует иметь в виду одно важнейшее обстоятельство: при проектировании число вариантов необозримо. Поэтому нельзя ставить задачу создания универсальной САПР, а необходимо решать вопросы проектирования для конкретного семейства машин.

Для создания САПР необходимо:

· совершенствовать проектирование на основе примене­ния математических методов и средств вычислительной техники;

· автоматизировать процессы поиска, обработки и вы­дачи информации;

· использовать методы оптимального и вариантного про­ектирования; применять эффективные, отражающие су­щественные особенности, математические модели проек­тируемых объектов, комплектующих изделий и мате­риалов;

· создавать банки данных, содержащих систематизиро­ванные сведения справочного характера, необходимые для автоматизированного проектирования объектов;

· повышать качество оформления проектной докумен­тации;

· повышать творческую долю труда проектировщиков за счет автоматизации нетворческих работ;

· унифицировать и стандартизовать методы проекти­рования;

· подготавливать и переподготавливать специалистов;

· реализовывать взаимодействие с автоматизированными системами различного уровня и назначения.

Комплекс средств автоматизации проектирования вклю­чает методическое, лингвистическое, математическое, про­граммное, техническое, информационное и организацион­ное обеспечение.

СОСТАВ САПР

САПР — система, объединяющая технические сред­ства, математическое и программное обеспечение, пара­метры и характеристики которых выбирают с максималь­ным учетом особенностей задач инженерного проектиро­вания и конструирования. В САПР обеспечивается удоб­ство использования программ за счет применения средств оперативной связи инженера с ЭВМ, специальных проб­лемно-ориентированных языков и наличия информаци­онно-справочной базы.

Структурными составными составляющими САПР яв­ляются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Это выделенные по некоторым признакам части САПР, обеспечиваю­щие выполнение некоторых законченных проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов.

По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие.

К проектирующим относятся подсистемы, выполняю­щие проектные процедуры и операции, например:

· подсистема компоновки машины;

· подсистема проектирования сборочных единиц;

· подсистема проектирования деталей;

· подсистема проектирования схемы управления;

· подсистема технологического проектирования.

К обслуживающим относятся подсистемы, предназна­ченные для поддержания работоспособности проектирую­щих подсистем, например:

· подсистема графического отображения объектов про­ектирования;

· подсистема документирования;

· подсистема информационного поиска и др.

В зависимости от отношения к объекту проектирования различают два вида проектирующих подсистем:

· объектно-ориентированные (объектные);

· объектно-независимые (инвариантные).

К объектным подсистемам относят подсистемы, выпол­няющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования, например:

· подсистема проектирования технологических систем;

· подсистема моделирования динамики, проектируемой конструкции и др.

К инвариантным подсистемам относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, например:

· подсистема расчетов деталей машин;

· подсистема расчетов режимов резания;

· подсистема расчета технико-экономических показа­телей и др.

Процесс проектирования реализуется в подсистемах в виде определенной последовательности проектных про­цедур и операций. Проектная процедура соответствует части проектной подсистемы, в результате выполнения которой принимается некоторое проектное решение. Она состоит из элементарных проектных операции, имеет твердо установленный порядок их выполнения и направ­лена на достижение локальной цели в процессе проекти­рования. Под проектной операцией понимают условно Выделенную часть проектной процедуры или элементар­ное действие, совершаемое конструктором в процессе проектирования. Примерами проектных процедур могут служить процедуры разработки кинематической или ком­поновочной схемы станка, технологии обработки изделий и т. п., а примерами проектных операций — расчет при­пусков, решение какого-либо уравнения и т. п.

Структурное единство подсистем САПР обеспечивается строгой регламентацией связей между различными ви­дами обеспечения, объединенных общей для данной под­системы целевой функцией. Различают следующие виды обеспечения:

· методическое обеспечение — документы, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования;

· лингвистическое обеспечение — языки проектирова­ния, терминология;

· математическое обеспечение — методы, математические модели, алгоритмы;

· программное обеспечение — документы с текстами про­грамм, программы на машинных носителях и эксплуата­ционные документы;

· техническое обеспечение — устройства вычислитель­ной и организационной техники, средства передачи дан­ных, измерительные и другие устройства и их сочетания;

· информационное обеспечение — документы, содержа­щие описание стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и другие данные;

· организационное обеспечение — положения и инструк­ции, приказы, штатное расписание и другие документы, регламентирующие организационную структуру подраз­делений и их взаимодействие с комплексом средств авто­матизации проектирования.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫПОСТРОЕНИЯ САПР

Разработка САПР представляет собой крупную на­учно-техническую проблему, а ее внедрение требует зна­чительных капиталовложений. Накопленный опыт позво­ляет выделить следующие основные принципы построе­ния САПР.

1. САПР — человеко-машинная система. Все создан­ные и создаваемые системы проектирования с помощью ЭВМ являются автоматизированными, важную роль в них играет человек — инженер, разрабатывающий проект тех­нического средства.

В настоящее время и по крайней мере в ближайшие годы создание систем автоматического проектирования не предвидится, и ничто не угрожает монополии человека при принятии узловых решении в процессе проектирова­ния. Человек в САПР должен решать, во-первых, все задачи, которые не формализованы, во-вторых, задачи, решение которых человек осуществляет на основе своих эвристических способностей более эффективно, чем со­временная ЭВМ на основе своих вычислительных воз­можностей. Тесное взаимодействие человека и ЭВМ в про­цессе проектирования — один из принципов построения и эксплуатации САПР.

2. САПР — иерархическая система, реализующая ком­плексный подход к автоматизации всех уровней проекти­рования. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре специального программного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем.

Следует особо подчеркнуть целесообразность обеспе­чения комплексного характера САПР, так как автома­тизация проектирования лишь на одном из уровней ока­зывается значительно менее эффективной, чем полная автоматизация всех уровней. Иерархическое построение относится не только к специальному программному обес­печению, но и к техническим средствам САПР, разделяе­мых на центральный вычислительный комплекс и авто­матизированные рабочие места проектировщиков.

3. САПР — совокупность информационно-согласован­ных подсистем. Этот очень важный принцип должен отно­ситься не только к связям между крупными подсистемами, но и к связям между более мелкими частями подсистем. Информационная согласованность означает, что все или большинство возможных последовательностей задач про­ектирования обслуживаются информационно согласован­ными программами. Две программы являются информа­ционно согласованными, если все те данные, которые представляют собой объект переработки в обеих програм­мах, входят в числовые массивы, не требующие измене­ний при переходе от одной программы к другой. Так, информационные связи могут проявляться в том, что результаты решения одной задачи будут исходными данными для другой задачи. Если для согласования программ требуется существенная переработка общего массива с участием человека, который добавляет недостающие параметры, вручную перекомпоновывает массив или изме­няет числовые значения отдельных параметров, то про­граммы информационно не согласованы. Ручная пере­компоновка массива ведет к существенным временным задержкам, росту числа ошибок и поэтому уменьшает спрос на услуги САПР. Информационная несогласован­ность превращает САПР в совокупность автономных программ, при этом из-за неучета в подсистемах многих факторов, оцениваемых в других подсистемах, снижается качество проектных решений.

4. САПР — открытая и развивающаяся система. Существует, по крайней мере, две веские причины, по которым САПР должна быть изменяющейся во времени системой. Во-первых, разработка столь сложного объекта, как САПР, занимает продолжительное время, и экономи­чески выгодно вводить в эксплуатацию части системы по мере их готовности. Введенный в эксплуатацию базовый вариант системы в дальнейшем расширяется. Во-вторых, постоянный прогресс техники, проектируемых объектов, вычислительной техники и вычислительной математики приводит к появлению новых, более совершенных мате­матических моделей и программ, которые должны заме­нять старые, менее удачные аналоги. Поэтому САПР должна быть открытой системой, т. е. обладать свойством удобства использования новых методов и средств.

5. САПР — специализированная система с максималь­ным использованием унифицированных модулей. Требо­вания высокой эффективности и универсальности, как правило, противоречивы. Применительно к САПР это положение сохраняет свою силу. Высокой эффективности САПР, выражаемой прежде всего малыми временными и материальными затратами при решении проектных задач, добиваются за счет специализации систем. Очевидно, что при этом растет число различных САПР. Чтобы сни­зить расходы на разработку многих специализирован­ных САПР, целесообразно строить их на основе макси­мального использования унифицированных составных ча­стей. Необходимым условием унификации является поиск общих черт и положений в моделировании, анализе и синтезе разнородных технических объектов. Безусловно, может быть сформулирован и ряд других принципов, что подчеркивает многосторонность и слож­ность проблемы САПР.

СТАДИИ СОЗДАНИЯ САПР

Создание и развитие САПР осуществляется самой про­ектной организацией с привлечением (при необходимости) других организации-соисполнителей, в том числе научно-исследовательских институтов и высших учебных заведе­ний. Следует подчеркнуть, что создание САПР — слож­ная и трудоемкая работа, выполнение которой под силу только большому высококвалифицированному коллек­тиву разработчиков.

Процесс создания САПР включает в себя восемь ста­дий: предпроектные исследования, техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочий проект, изготовление, отладка и испыта­ние, ввод в действие.

Руководство разработкой, внедрением, эксплуатацией и модернизацией систем и компонентов САПР в проектной организации должно заниматься специализированное под­разделение, включающее группы специалистов соответ­ствующих направлений.

Предпроектные исследования проводятся для выявле­ния готовности конкретной проектной организации к вне­дрению автоматизированных методов. Основу этой ра­боты составляет системное обследование объекта проек­тирования и используемых в инженерной практике тра­диционных методов и приемов проектирования, а также объема технической документации, разрабатываемой в про­цессе проектирования. Процесс обследования осуще­ствляется главным образом опросом опытных проекти­ровщиков и конструкторов.

В результате обследования определяется необходимость и экономическая эффективность создания автоматизиро­ванной системы. При этом учитывается объем проектно-конструкторских работ, их периодичность, общие за­траты инженерного труда, возможность создания адекват­ного математического описания и оптимизационных про­цедур, необходимость повышения качественных показа­телей проектируемого изделия, сокращение сроков про­ектирования.

Существенным фактором при решении вопроса о це­лесообразности создания САПР является подготовленность соответствующего проектного подразделения к соз­данию и внедрению САПР. Подготовленность может быть оценена по следующим критериям:

· возможность формализации проектно-конструкторских задач и реализации математических методов их решения;

· наличие требуемых технических средств и необходи­мость приобретения и установки дополнительных агре­гатов;

· подготовленность информационных фондов и техниче­ских средств хранения и обработки информации.

Кроме того, важно выявить факторы оценки подготов­ленности кадров для эксплуатации САПР, к которым можно отнести следующие:

· соответствие внедряемой системы принятой организа­ции проектных работ;

· наличие в проектно-конструкторской организации кад­ров для эксплуатации и поддержания работоспособности САПР;

· отношение руководства организации к созданию си-темы и уровень организации этих работ;

· психологическая подготовленность коллектива к вне­дрению САПР.

Техническое задание (ТЗ) является исходным доку­ментом для создания САПР и должно содержать наиболее полные исходные данные и требования. Этот документ разрабатывает головной разработчик системы. ТЗ на создание САПР должно содержать следующие основные разделы:

«.Наименование и область применения», где указы­вают полное наименование системы и краткую характе­ристику области ее применения;

«Основание для создания», где указывают наименование директивных документов, на основании которых создается САПР;

«Характеристика объектов проектирования», где при­водят сведения о назначении, составе, условиях примене­ния объектов проектирования;

«Цель и назначение», где перечисляют цель создания САПР, ее назначение и критерий эффективности ее функ­ционирования;

«Характеристика процесса проектирования», где при­водят общее описание процесса проектирования, требо­вания к входным и выходным данным, а также требования по разделению проектных процедур (операции), выполняемых с помощью неавтоматизированного и автоматизи­рованного проектирования;

«Требования к САПР», где перечисляют требования к САПР в целом и к составу ее подсистем, к применению в составе САПР ранее созданных подсистем и компонен­тов и т. п.;

«Технико-экономические показатели», где оценивают затраты на создание САПР, указывают источники полу­чения экономии и ожидаемую эффективность от приме­нения САПР.

На стадиях технического предложения, эскизного и рабочего проектирования выбираются и обосновываются варианты САПР, разрабатываются окончательные реше­ния. При этом выполняются следующие основные виды работ:

· выявление процесса проектирования (его алгоритм), т. е. принятие основных технических решений;

· разработка структуры САПР и ее взаимосвязи с дру­гими системами (определение состава проектных проце­дур и операции по подсистемам; уточнение состава под­систем и взаимосвязи между ними; разработка схемы функционирования САПР в целом);

· определение состава методов, математических моделей для проектных операций и процедур; состава языков про­ектирования; состава информации (объем, способы ее организации и виды машинных носителей информации); состава общего, специализированного общего и специ­ального программного обеспечения;

· формирование состава технических средств (ЭВМ пе­риферийные устройства и другие элементы);

· принятие решений по математическому, информацион­ному, программному и техническому видам обеспечения по САПР в целом и отдельно по подсистемам;

· расчет технико-экономических показателей САПР.

Оформление всей документации, необходимой для создания и функционирования САПР, выполняют на стадии рабочего проектирования.

На стадии изготовления, отладки и испытания произ­водят монтаж, наладку и испытание комплекса техниче­ских средств автоматизации проектирования, на тестовых примерах доводят программное обеспечение и подготавли­вают проектную организацию к вводу в действие САПР.

Ввод в действие системы осуществляют после опытного функционирования и приемочных испытаний у заказчика.